김하정
드미트리 멘델레예프
멘델레예프는 원소 이름과 주요 성질을 적은 카드들을 벽에 꽂아가며 집요하게 매달렸고 그렇게 고심을 거듭한 끝에 드디어 만족할 만한 표를 완성했다. 1869년 멘델레예프가 발표한 주기율표는 놀라웠다. 하지만 더 놀라운 점이 있었는데 멘델레예프의 주기율표에는 빈자리가 해당하는 원소들이 언젠가 발견될 거라 예상하고 가상의 이름을 붙였다. 가칭 에카 붕소(eka-boron), 에카 알루미늄(eka-aluminum), 에카 망가니즈(eka-manganese), 에카 규소(eka-silicon) 등이다. 그 밖에도 그는 원자량과 밀도 등 성질도 예언했다.
일부 과학자들은 황당한 예언이라고 말했지만
세월이 흐르면서 결국 빈칸들이 채워졌다. 1879년 스웨덴의 라르스 닐손이 스칸듐(Sc)를 발견했다. 에카 알루미늄으로 예언했던 원소(갈륨(Ga))는 1875년 프랑스의 부아보드랑이 발견했고 1866년에는 독일의 클레멘스 빙클러가 에카 규소에 해당하는 원소(저마늄/게르마늄(Ge))를 분리하는데 성공했다. 사정이 그러하자 과학자들은 예언된 에카 망가니즈를 찾느라 분주해졌고 마침내 1937년에 이르러서야 이탈리아의 카를로 페리에와 에밀리오 세그레가 인공적으로 만든 최초의 원소 테크네튬(Tc)을 만들어내면서 발견되었다.
멘델레예프가 만든 주기율표는 완벽한 것은 아니었다. 그는 텔루륨의 원자량을 123과 126 사이에 두었는데 텔루륨의 원자량은 127.6으로 126.9인 아이오딘보다 크다. 원자량을 사용해 주기율표 순서로 정하다 보니 텔루륨과 아이오딘의 순서를 잘못 정하기도 했고, 당시까지 전혀 알려지지 않았던 비활성기체를 만들지 않았다. 나중에 비활성기체에 해당하는 원소(네온(Ne), 크립톤(Kr), 제논(Xe), 아르곤(Ar))들이 발견되자 1902년 멘델레예프는 그것들을 18족에 포함하면서 주기율표를 수정했다.
주기율표를 만들어 원소의 성질을 파악하고 원자구조를 이해하는 단초를 제공한 멘델레예프는 1907년 73살의 나이로 생을 마감했고 1955년 101번째 원소가 발견되었을 때 과학자들은 멘델레예프의 업적을 가려 원소(멘델레븀(Md))에 그의 이름을 붙였다.
길버트 뉴턴 루이스
원자가 최외각 8개가 될 때 안정해지는데 이러한 화학 규칙을 ‘옥텟 규칙’이라고 한다. 그 원리로 과학자들은 화학 결합의 한 가지 문제를 해결했지만 남은 과제가 있었다. 옥텟 규칙이 적용되는 화학 결합에 이온결합만 있는 것이 아니기 때문이다.
산소의 경우 주기율표 16족에 해당하니까 옥텟 규칙을 따른다면 어떻게 될까? 전자 두 개를 받아들여 산화 이온으로 안정된다. 그런데 같은 산화 이온끼리는 전기적으로 끌리지 않는다. 왜냐하면 전기적으로 궁합이 안 맞기 때문이다. 그런데도 산소 원자 두 개는 결합해서 산소 기체를 만든다. 이 문제 역시 옥텟 규칙을 제안한 길버트 뉴턴 루이스가 해결했다.
해답은 전자를 공유하는 방식, 이른바 공유 결합이다. 최외각전자 수가 여섯 개인 산소 원자를 더 가져와 채우면 안정이 되는데, 홀로 있을 땐 전자가 모자라지만 뭉쳐서 함께 가지면 해결된다. 공유 결합은 기체부터 유기화합물에 이르기까지 수많은 화학 결합을 잘 설명해 준다.
루이스는 공유 결합 개념을 1916년에 발표했다. 하지만 이 놀라운 발견에 당시 과학계의 반응은 싸늘했다. 그런데 논문이 발표된지 3년이 지났을 때 그걸 눈여겨본 사람이 있었다. 제너럴 일렉트릭 전기 회사에서 근무하던 어빙 랭뮤어라는 과학자였다.
랭뮤어는 루이스의 이론을 조금 발전시킨 원자가 결합 이론을 널리 알리기 시작했다. 하지만 차츰 자신보다 랭뮤어가 더 조명을 받게 되는 상황이 못마땅하고 불만은 쌓여 갔다.
루이스는 40여 차례나 노벨상 후보에 올랐지만 한 번도 수상하지 못한 반면, 제자들이 줄줄이 노벨상을 거머쥐고 심지어 랭뮤어 마저 노벨상을 받는 걸 지켜보다가 어느 날 연구실에서 생을 마감했다.
실험
멘델레예프 지시약 실험
1. 준비물: 시험관 3개, BTB, 메틸오렌지, 페놀프탈레인, 염산(Hcl), 주사기, 아세트산, 수산화나트룸(NaOH)
2. 실험 방법
1set
1. 염산(Hcl)+3 시험관(BTB, 메틸 오렌지, 페놀프탈레인
2. 주사기: 수산화나트륨(NaOH) 조금씩 투입
2set
1. 아세트산+3 시험관(BTB, 메틸 오렌지, 페놀프탈레인)
2. 주사기: 수산화나트륨(NaOH), 암모니아수
3. 실험 결과
염산(Hcl)+BTB=노랑+수산화나트륨(NaOH)=노랑
염산(Hcl)+메틸오렌지=연한 빨강+수산화나트륨(NaOH)=주황
염산(Hcl)+페놀프탈레인=무색+수산화나트륨(NaOH)=핫핑크
아세트산+BTB=노랑+수산화나트륨(NaOH)=청록+암모니아=청록
아세트산+메틸오렌지=연한 빨강+수산화나트륨(NaOH)=보라+암모니아=보라
아세트산+페놀프탈레인=무색+수산화나트륨(NaOH)=노랑+암모니아=노랑
물의 전기 분해 실험
1.준비물: 수산화나트륨(NaOH), 물, 9볼트 건전지, 시험관, 스포이드
2. 실험 방법
1. 물에 건전지를 넣는다.
2. 수산화나트륨을 2개의 시험관에 다 찰 때까지 넣고 다차면 건전지 +극, -극에 뒤집어서 넣는다.
3. 실험 결과
배움
나는 예전에 과학이 싫었다.
과학은 지루하고 복잡하기 때문이었다. 하지만 통쌤 과학을 들으면서 여러 기체와 원소를 배우면서 과학에 흥미가 생겼다.
가장 인상 깊었던 실험은 멘델레예프의 지시약 실험이다.
용액에 따라 색이 변하는 것이 신기했고 아무리 같은 지시약이더라도 다른 용액을 넣으면 색이 달라진다는 것에 흥미로웠다.
내가 이렇게 과학에 관심이 생긴 것은 통쌤 덕분이라고 생각한다.
2학기에도 통쌤 과학을 들을 것이다.